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大型高精度自动卷板机设计 第一章 卷板机的现状和发展 1.1 概述 卷板机是一种锻压机械，属于锻压机械产品中的弯曲校正机类。其工作原理是根据三点成圆原理，利用工作辊相对位置变化和旋转运动，使金属板材产生连续弹塑性弯曲而获得预定形状及精度工件的金属成形加工设备，它以与轴线相互平行的工作辊为执行部件，通过机械或液压驱动工作辊实现位置变化和旋转运动，从而方便地将各种金属板料在冷态、温态或热态下卷制成母线为直线的单曲率或多曲率的弧形或筒形件。通过改变辊子的形状或增加卷锥装置等，限制材料的流动、改变同一工件不同部位的运动速度，还可卷制母线为斜线、弧线以及直线、斜线、弧线组合的单曲率或多曲率的弧形或筒形件，如u形、方形、椭圆形、多段R以及不对称形等，广泛应用于航空航天、军工兵器、造船、石油、化工、汽车、机车车辆、压力容器、冶金、工程机械、金属构件等领域[1]。 将金属板料弯成单一或多曲率的筒形或弧形，通常可用压弯和卷弯两种方法。压弯是在液压机或折弯压力机上借助模具进行，主要依靠横向的塑性弯曲实现，其弯曲过程为非连续的逐点或分段弯曲。卷弯与压弯相比具有以下特点：①其弯曲过程为带有一定拉伸力的连续的弹塑性弯曲，回弹较小，因而成形准确、弯曲质量高、工效高；②无须模具成形，运作成本低；③卷弯时力量往往比压弯成形小，卷板机的造价较液压机低；④配备辅助装置可卷制锥形件，并可实现对管材、型材的弯卷。因此，卷板机广泛用于锅炉、造船、石油、化工、水工、金属结构及其他机械制造行业。 卷板机由于使用的领域不同，种类也就不同。卷板机从辊数上分两辊卷板机、三辊卷板机和四辊卷板机；按工作辊布置方式可分为对称式和非对称式；按工作辊调节方式可分为上调式和下调式；按工作辊轴线位置可分为卧式和立式；按工作辊的驱动方式分为上传动（上辊主动、其余工作辊从动）、下传动（下辊主动、其余工作辊从动）、全传动（工作辊全为主驱动）；按主驱动方式分为机械和液压；按功能可分为普通型和多用型；按卷制方法又可分为冷卷和热卷[2]。在卷板机行业通常按照工作辊数量及其位置调整方式、排布方式等进行分类，主要类型见表1.1。 表中对称式、弧线下调式、水平下调式、上辊十字移动式（上辊万能式）三辊卷板机、四辊卷板机（直线型）；两辊卷板机；立式三辊卷板机；船用卷板机等较为常见。 通常意义的立式卷板机为辊子轴线垂直于水平面的对称式三辊和普通型四辊卷板机，其中立式对称三辊卷板机最为常用，长治钢铁（集团）锻压机械制造有限公司曾为石油、化工等行业生产过CDW11TNC-36×1000、12×2000 等多种规格的该类设备。第一重型机器厂引进英国Hugh Smith 公司的专有技术，设计制造了只有一根主辊的立式弯板机系列，已生产规格30000kN×3600mm 立式弯板机。它与卧式卷板机比具有设备重量轻，占地面积省，耗能低，并能减轻劳动强度，尤其在热卷情况下更优。 1.2 国内卷板机的基本情况 1.2.1 卷板机的发展历程 卷板机按卷板厚度大体可分为二类，一类为小型薄板卷板机，另一类为中厚板大型卷板机；按辊子的数量又可分为三辊和四辊卷板机。一般说来，小型薄板卷板机多采用三辊式机械传动，并常见于对称式，近年非对称式也更多地被采用。中厚板大型卷板机多采用全液压式传动，或者主传动为机械式、辅助传动为液压式。 快速、精密和批量生产是现代化工业文明的基础。发展研制、开发高效能、高精度、安全、复合、环保、自动化、柔性化、智能化的弯曲校正设备对提高我国装备制造业的水平，满足企业竞争的需要，提高经济效益是十分重要的。 我国卷板机经历了从机械到液压、再到数控的发展过程。目前，其液压和自动化控制技术已取得了长足的发展。20世纪90年代国内陆续开发研制的数控卷板机，经过多年来的不断完善，正日趋成熟，已完成了从单机自动化到柔性制造单元的历程。 我国卷板机专业化生产始于上世纪70年代初期，最早为机械传动的对称式三辊卷板机，这种卷板机结构简单，但不能进行板材端部预弯。当卷制筒体工件时，需先进行板料两端预弯或焊接前切割剩余直边，既费工，又费料，生产效率低。20世纪70年代末期，长治钢铁（集团）锻压机械制造公司（原长治锻压机床厂，以下简称长锻）研制成功了机械传动四辊卷板机，这种卷板机可对板材两端进行预弯，与三辊卷板机相比，大大改善了性能。但该机结构庞大、材料消耗多、制造周期长。20世纪80年代中期，全液压四辊卷板机和液压水平下调式三辊卷板机由该厂推向市场。这两种机型既可对板材进行预弯，一次上料完成筒体成形，又可对筒体进行焊接后的校圆，工作效率是原机型的2～3倍。 20世纪80年代末，由PC、NC控制的三、四辊卷板机进入国内市场。该机具有工作辊(上辊或下辊)自动调平、工作辊倾斜状态可同步升降等功能，工作辊间同步精度控制在±0.2mm范围内。90年代初，